C++内存分配浅析

一、堆内存的分配

32位操作系统支持4GB内存的连续访问，但通常把内存分为两个2GB的空间，每个进程在运行时最大可以使用2GB的私有内存（0x00000000—0x7FFFFFFF）。即理论上支持如下的大数组：

char szBuffer[2*1024*1024*1024];

当然，由于在实际运行时，程序还有代码段、临时变量段、动态内存申请等，实际上是不可能用到上述那么大的数组的。

至于高端的2GB内存地址（0x80000000—0xFFFFFFFF），操作系统一般内部保留使用，即供操作系统内核代码使用。在Windows和Linux平台上，一些动态链接库（Windows的dll，Linux的so）以及ocx控件等，由于是跨进程服务的，因此一般也在高2GB内存空间运行。

二、内存分配类型

1.堆区(heap) : 也称为动态内存分配。程序在运行时用malloc或new申请的内存，由开发人员自己决定何时使用free或delete释放内存和生存期。开发人员没有收回的话，会造成内存泄漏。

2.栈区(stack) : 在执行函数时，函数内局部变量，对象的内部成员变量在栈上创建，生命周期持续到函数结束或对象析构，生命期结束时释放内存。

3.静态存储区 : 存放全局变量和静态变量，程序结束时由系统释放，分为全局初始化区和全局未初始化区。

4.文字常量区 : 存放常量字符串，程序结束时由系统释放。

5.程序代码区 : 存放函数体的二进制代码。

代码如下：

int nGlobalTest = 0; // 静态存储区-全局初始化区

char *pGlobalTest; // 静态存储区-全局未初始化区

int main()

{

int nTest; // 栈

char szTest[] = "aaa"; // 栈

char *pTest; // 栈

char *pTest1 = "test"; // "test\0"在常量区，pTest在栈

static int nStaticTest = 0; // 静态存储区-全局初始化区

pGlobalTest = (char*)malloc(10); // 10个字节区域在堆区

strcpy(pGlobalTest, "test"); // "test\0"在常量区,

system("pause");

return 0;

}

三、堆和栈的区别

1.管理方式 ： 堆由开发人员释放内存，不释放容易产生内存泄漏；栈由编译器自动管理，无需我们手工控制，系统释放内存。

2.碎片问题 ： 对于堆来讲，频繁的内存分配会造成内存空间的不连续，造成大量的内存碎片，使程序效率降低；对于栈来说，不会产生碎片问题，因为栈是先进后出的队列，不会出现一个内存块从栈中间弹出。

3.生长方向 ： 对于堆，生长方向是向上的，朝着内存地址增加的方向生长；对于栈，生长方向是向下的，朝着内存地址减小的方向生长。

4.分配方式 ： 堆只有动态分配，没有静态分配；栈分静态分配和动态分配。

5.分配效率 ： 堆则是 C/C++ 函数库提供的，它的机制是很复杂的，例如为了分配一块内存，库函数会按照一定的算法在堆内存中搜索可用的足够大小的空间，如果没有足够大小的空间，就有可能调用系统功能去增加程序数据段的内存空间，这样就有机会分到足够大小的内存，然后进行返回；栈是机器系统提供的数据结构，计算机会在底层对栈提供支持：分配专门的寄存器存放栈的地址，压栈出栈都有专门的指令执行，这就决定了栈的效率比较高。显然，堆的效率比栈要低得多。

四、使用内存遇到的问题

1.动态内存分配失败

分配内存是，堆资源不足，分配失败，返回一个空指针，没有对返回指针进行空判断。

代码如下：

int* p = new int(1);

if (p == NULL)

return;

2.指针删除与堆空间释放

删除一个指针p，实际上是删除了p所指的目标，释放了所占的堆空间，不是删除p本身。释放 堆空间后，p成了空悬指针，不能再通过P使用该空间，在重新给P赋值之前，也不能再直接使用p。

3.内存泄漏和重复释放

new与delete 是配对使用的， delete只能释放堆空间。如果new返回的指针值丢失，则所分配的堆空间无法回收，称内存泄漏，同一空间重复释放也是危险的，因为该空间可能已另分配，所以必须妥善保存new返回的指针，以保证不发生内存泄漏，也必须保证不会重复释放堆内存空间。

4.动态分配的变量或对象的生命期

无名对象的生命期并不依赖于建立它的作用域，比如在函数中建立的动态对象在函数返回后仍可使用。我们也称堆空间为自由空间（free store）就是这个原因。但必须记住释放该对象所占堆空间，并只能释放一次，在函数内建立，而在函数外释放是一件很容易失控的事，往往会出错。 

五、使用内存可能引起的BUG

1.改写错误

越过数组边界写入数据，在动态分配的内存两端之外写入数据，或改写一些堆管理数据结构。

如：char* p = (cahr*)malloc(10);

p[-1] = 0;

p[10] = 0;

2.错误使用指针

在指针赋值之前就用它来引用内存。

向库函数传送一个错误指针。

对指针进行释放之后再访问它的内容(可以先free掉指针，再将它设置为空)。

3.指针释放引起的错误

同一块内存释放两次

释放一块未曾malloc分配的内存

释放仍在使用中的内存

释放一个无效的指针